这篇文档属于类型a，即报告了一项原创性研究。以下是针对该研究的学术报告：

作者及发表信息

本文由Rui-Sen Chen（IEEE学生会员，深圳大学电子与信息工程学院博士生）、Lei Zhu（IEEE会士，澳门大学科技学院教授）等团队合作完成，发表于IEEE Transactions on Antennas and Propagation（2021年11月，第69卷第11期）。研究得到了深圳市科技计划、广东省自然科学基金、中国国家自然科学基金等项目的支持。

学术背景

研究领域：本文属于微波工程与天线设计领域，聚焦于同频全双工（In-Band Full-Duplex, IBFD）腔背缝隙天线（Cavity-Backed Slot Antennas, CBSAs）的设计与优化。

研究动机：现代无线通信系统面临频谱资源紧张的问题，而IBFD技术通过同时收发同频信号可显著提升频谱效率。然而，IBFD系统的核心挑战是自干扰（Self-Interference, SI）消除（需>100 dB）。传统设计依赖多级干扰消除（天线、模拟、数字），而天线的高隔离度是降低后续处理难度的关键。现有IBFD天线多为微带结构，存在增益低、效率不足等问题，而腔体结构（CBSA）能兼顾高增益、高效率和功率容量，但如何在单谐振腔内实现高隔离度、宽带宽和增强增益仍是未解决的难题。

研究目标：提出一种基于单金属谐振腔的IBFD CBSA设计，通过改进馈电结构、辐射槽布局及多模谐振，实现高隔离度（>72 dB）、宽带宽（5.8%）和高增益（8.8 dBi），且不增加天线尺寸。

研究流程与方法

1. 基础设计原理

• 天线结构：采用单谐振腔集成两对正交馈电槽（分别激发TE101和TE011腔模）和辐射槽（交叉或平行布局）。
  
• 隔离度优化：通过改进馈电结构布局（图1），减少端口间耦合路径（从2条降至1条），隔离度从传统设计的18 dB提升至58 dB（图7）。
  
• 频率调谐：通过调节馈电槽和辐射槽的长度（等效电容加载），独立控制两通道的谐振频率（图4）。
  

2. 窄带天线设计

• 初始性能：交叉辐射槽设计（Type-I）在3.54 GHz实现0.8%带宽，隔离度67 dB，增益6.2 dBi（图10）。
  
• 增益增强：改用平行辐射槽（Type-II），增益提升2.4 dB至8.7 dBi（图13），因双槽辐射增强了口径效率。
  

3. 宽带天线设计

• 多模谐振：引入馈电槽激发的谐振虹膜模式（Resonant-Iris Mode），与腔模结合形成双模宽带响应（图15）。通过延长馈电槽长度（图17），将带宽从0.8%扩展至5.7%（图19）。
  
• 实测验证：加工实物（银镀黄铜）实测带宽5.8%（3.37–3.57 GHz），隔离度>72 dB，效率>94%，峰值增益8.8 dBi（图21-23）。
  

4. 关键实验与分析方法

• 等效电路模型（图3）：将腔模和槽结构建模为LC谐振电路，解析频率调谐机制。
  
• 场分布验证（图16）：通过电磁仿真确认TE101/TE011腔模与虹膜模的正交性。
  
• 参数优化：如馈电槽宽度（w_f2）对隔离度的影响（图18），通过仿真迭代确定最优尺寸。
  

主要结果

1. 高隔离度：改进馈电结构使隔离度达72 dB，优于同类设计（如文献[13]需额外180°耦合器）。
   
2. 宽带宽：多模谐振将带宽从0.8%提升至5.8%，覆盖3.37–3.57 GHz（图21）。
   
3. 高增益与效率：平行槽设计使增益达8.8 dBi，效率>95%，且交叉极化抑制>23 dB（图23）。
   
4. 紧凑性：所有改进均在同一腔体内实现，未增加体积（图20）。
   

结论与价值

科学价值：
- 提出了一种基于单腔多模谐振的IBFD天线设计范式，为高集成度全双工系统提供了理论支撑。
- 通过馈电结构优化和虹膜模引入，解决了高隔离度与宽带宽的矛盾。

应用价值：
- 适用于5G、卫星通信等需高功率、高效率的场景，尤其适合基站和长距离通信设备。
- 全金属结构（银镀黄铜）具备高功率容量，满足军用和工业级需求。

研究亮点

1. 创新结构：正交馈电布局减少耦合路径，隔离度提升至72 dB。
   
2. 多模带宽扩展：首次在CBSA中结合腔模与虹膜模，带宽扩展7倍。
   
3. 性能均衡：在增益、效率、隔离度和尺寸间取得最佳平衡，优于文献报道（表II）。
   

其他价值

• 提出的等效电路模型和参数化分析方法（如公式1-5）可推广至其他多模天线设计。
  
• 实测数据与仿真高度吻合（图21-22），验证了设计方法的可靠性。
  

（全文约2000字，涵盖研究全流程与核心创新点）